(57)【要約】  その中を第１の流体がケーシング１０１の長手軸に実質的に平行に流れることができる格納ケーシング１０１を備えるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器であって、格納ケーシング１０１は、互いに実質的に平行かつケーシング１０１の長手軸に対して平行なチューブ２の束と、チューブ２を支持するケーシング１０１の長手軸を実質的に横切る複数の格子状バッフル１０２とを収容し、第２の流体がチューブ２の束を流れる。チューブ２の外面の少なくとも一部分上に、第１の前進角度（angle of advancement）αでチューブ２の外面にらせん状に配置され、第２の前進角度β（ここで、α≠β）を有するらせん状の溝２２によって中断された外形を有する、複数の低いフィン２１が設けられる。
2019502084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格納ケーシング（１０１）を備えており、前記格納ケーシング（１０１）内を第１の流体が前記ケーシング（１０１）の長手軸に実質的に平行に流れることができ、前記格納ケーシング（１０１）は、その内部に、互いに実質的に平行かつ前記ケーシング（１０１）の長手軸に対して平行なチューブ（２）の束と、前記チューブ（２）を支持する、前記ケーシング（１０１）の長手軸を実質的に横断する複数の格子状バッフル（１０２）とを収容し、前記チューブ（２）の束は、第２の流体が内部を流れるように構成されている、シェルアンドチューブ式縦流熱交換器（１）であって、前記チューブ（２）の外面の少なくとも一部分に複数の低いフィン（２１）が設けられ、前記低いフィン（２１）は、第１の前進角度（angle of advancement）αで前記チューブ（２）の外面にらせん状に配置され、第２のらせん前進角度β（ここで、α≠β）を有するらせん状の溝（２２）によって中断された外形を有することを特徴とするシェルアンドチューブ式縦流熱交換器（１）。
【請求項２】
前記低いフィン（２１）は、２ｍｍ以下、好ましくは０．５〜１．５ｍｍの間の高さＨを有することを特徴とする請求項１に記載のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器（１）。
【請求項３】
前記第１の前進角度αは、８０°未満、好ましくは１５°≦α≦６０°、より好ましくは２０°≦α≦４５°であることを特徴とする請求項１に記載のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器（１）。
【請求項４】
前記第１の前進角度αと前記第２の前進角度βとの間の相対的な角度は、０°と９０°の間、好ましくは３０°と６０°の間であることを特徴とする請求項１〜３の一つ以上の項に記載のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器（１）。
【請求項５】
前記チューブ（２）の内面に複数の低いフィンが設けられていることを特徴とする請求項１〜４の一つ以上の項に記載のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器（１）。
【請求項６】
前記チューブ（２）は、平滑な部分（２００）によって交互にされたフィン付き部分（２０）を備えていることを特徴とする請求項１〜５の一つ以上の項に記載のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器（１）。
【請求項７】
作業アセンブリ（３０、５０）と、少なくとも１つの支持アセンブリ（４０、７０）とを備える機械（３、５）を使用して、フィン付きチューブ（２）を製造するための方法であって、前記第１の作業アセンブリ（３０、５０）は、第１の回転するフィン形成ツール（３２）と、第２の回転するフィン形成ツール（３１）とを、同じ駆動軸（３３）上に順に取り付けて備え、前記第１の回転するフィン形成ツール（３２）は、第１の前進角度α１を有する第１のらせん状の作業外形を備え、前記第２の回転するフィン形成ツール（３１）は、第２の前進角度α２（ここで、α２≠α１）を有する第２のらせん状の作業外形を備えており、当該方法は、前記支持アセンブリ（４０、７０）によって定められる平面上で前記チューブ（２）を前進させることと、前記第１の回転するフィン形成ツール（３２）によって前記チューブ（２）上に第１のフィン（２２）を形成することと、前記第２の回転するフィン形成ツール（３１）によって前記チューブ（２）上に第２のフィン（２１）を形成することと、を含んでおり、前記第２のフィン（２１）の形成は前記第１のフィン（２２）の形成の直後であり、前記第１のフィン（２２）の高さは前記第２のフィン（２１）の高さよりも小さい、フィン付きチューブ（２）を製造するための方法。
【請求項８】
前記第１の前進角度α１と前記第２の前進角度α２との間の相対的な角度は、０°と９０°の間、好ましくは３０°と６０°の間であり、前記第１のフィンの高さｈは、０．５ｍｍ以下であり、前記第２のフィンの高さＨは、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載のフィン付きチューブ（２）を製造するための方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の方法によって得られた、熱交換器（１、１０、１００）用、特にシェルアンドチューブ式熱交換器（１）用のフィン付き（２）。
【請求項１０】
外面の少なくとも一部分に複数の低いフィン（２１）が設けられ、前記低いフィン（２１）は、第１の前進角度αで前記チューブ（２）の外面にらせん状に配置され、第２のらせん前進角度β（ここで、α≠β）を有するらせん状の溝（２２）によって中断された外形を有しており、前記第１の前進角度αは、好ましくは８０°未満、より好ましくは１５°≦α≦６０°であり、前記第１の前進角度αと前記第２の前進角度βとの間の相対的な角度は、好ましくは０°と９０°の間であり、より好ましくは３０°と６０°の間であり、前記低いフィン（２１）は、好ましくは２ｍｍ未満、より好ましくは０．５と１．５ｍｍの間の高さＨを有することを特徴とする請求項９に記載の熱交換器（１、１０、１００）用フィン付きチューブ（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シェルアンドチューブ式熱交換器に関し、特には、特定の種類のフィン付きチューブを備えるシェルアンドチューブ式熱交換器に関する。さらなる態様において、本発明は、特定のフィンシステムを備えたフィン付きチューブの製造のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シェルアンドチューブ式の熱交換器は、既知の種類の工業用熱交換器であり、本質的に、通常は円筒形である格納ケーシング（シェル）の内部に配置されたチューブの束で構成される。稼働状態においては、２つの流体が熱交換器を通って流れ、すなわち、好ましくはより高温であり、あるいはより腐食性であり、あるいは汚れ係数がより大きい第１の流体が、チューブの内側を流れる（「チューブ側」の流れ）一方で、第２の流体が、シェルの内面とチューブの外面とによって境界付けられる空間を流れる（「シェル側」の流れ）。
【０００３】
チューブの束を支持するとともに、シェル側の流体に乱流を生じさせて熱伝達係数を高めるという二重の目的のために、通常は金属板で作られる横バッフル（「ダイアフラム」）が、シェルの内部に一般的に存在する。
【０００４】
図３を参照すると、横バッフルは、熱交換器１０の内部区画の一部を占め、シェル側の流体について（図３に矢印で示されるとおりの）曲がりくねった経路を生み出し、熱交換器１０の軸線に対して長手方向の成分と、とりわけ横方向の成分とを有する金属薄板で作られ、この形式のダイアフラムは、国際レベルで一般的に採用されているＴＥＭＡ規格に従って分類される従来からの解決策を構成する。
【０００５】
ＥＭＢａｆｆｌｅ（登録商標）（エキスパンデッドメタルバッフル）形式であるその一例が添付の図１および図２に示されている縦長の熱交換器において、シェル側の流体は、（例えば、図２に矢印によって示されているように）実質的に直線的な方向に、チューブ側の流体に対しておおむね逆流で、熱交換器１の軸線に実質的に平行に流れる。
【０００６】
シェル側の流体の流れは、例えば図４に示されるように、らせん状の傾向を有することもできる。この場合、打ち抜き格子で作られた所定の数のダイアフラムが熱交換器１００の内部に配置され、熱交換器１００を通って進む間にシェル側の流体を回転運動させるように傾けられることで、図４の矢印によって示されるシェル側の流体の全体としてのらせん運動を生じさせる。
【０００７】
従来からのＴＥＭＡ形式の熱交換器において直面される典型的な問題は、流体によって運ばれる、あるいはダイアフラムまたはシェル側の流体の経路の死角上の沈殿によって形成される固形物の堆積によって引き起こされる。固形物の堆積は、熱伝達率を低下させ、結果として熱交換器の性能を低下させる可能性がある。さらに、熱交換器の内部に堆積した固形物の存在は、シェル側の流体の流れの分布を不均一にし、したがって熱交換器の性能の悪化につながる可能性がある。
【０００８】
熱交換器、とりわけ工業用の種類の熱交換器の分野において、熱交換面を増加させるために、表面フィンを備えたチューブを使用することが知られている。シェルアンドチューブ式熱交換器の場合、シェル側またはチューブ側のどちらで性能を高めるべきかに応じて、チューブの外面またはチューブの内面にフィンを設けることができる。特定の場合には、両面においてフィン付きチューブが使用される。
【０００９】
従来からの熱交換器（図３に示した形式の横方向の主流を有する）において、標準的に用いられるフィンは、シェル側の流体の流れの主成分との熱交換を最大にするように、チューブを横切る。（図１および図２に示される形式の）シェルアンドチューブ式縦流熱交換器では、これらの横フィン（すなわち、前進角度（angle of advancement）α＝９０°）は、むしろ効率を損なうと考えられる。
【００１０】
らせん状のフィンを備えるチューブ、またはフィンの前進角度がチューブの軸線に対して長手方向の成分を有する（α＜９０°）チューブも、知られている。
【００１１】
らせん状のフィンを有するチューブを製造するための現時点において既知の方法は、らせん状のフィンの数を最大にするために、いくつかのツールの組み合わせを使用する。しかしながら、フィン付きチューブを製造するための既知の技術は、チューブを製作する材料の特性に依存して、その適用に限界を抱えており、フィンを生成することができる材料の範囲が限られる。
【００１２】
実際、より高い機械的強度を有する合金チューブ（すなわち、ステンレスおよび二相鋼）の存在において、フィンの形成時にチューブに作用する長手方向の力の成分をツール間に均等に分配することができないことで、連続するツールの作用によって引き起こされる材料の漸進的な硬化に起因して、製造時に、最大荷重のツールの、外形の外側への組織的な滑りが生じる。結果として、ツールが損傷し、頻繁な交換が必要になり、ツールの直接のコストと装置の稼働停止に起因する生産の不足に関して、損害が生じる。
【００１３】
合金鋼（ステンレス以上）の存在下でフィンの所与の高さを得ることを不可能ではないにせよ困難にする硬化の影響を最小限にするために、チューブは、通常は、２つの連続する機械加工作業の間に焼きなましされるが、チューブの製造工程のコストが著しく上昇する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
これらの考察に基づいて、本発明の主な目標は、上述の欠点および問題を解決するシェルアンドチューブ式熱交換器を提供することである。
【００１５】
この目標の範囲内で、本発明の目的は、既知の種類の熱交換器に対して改善された性能を有するシェルアンドチューブ式縦流熱交換器を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、従来からの熱交換器に対して、単位圧力損失あたりの熱伝達率を、特にはシェル側において高めたシェルアンドチューブ式縦流熱交換器を提供することである。
【００１７】
本発明のまた別の目的は、従来からの熱交換器に対して、単位圧力損失あたりの熱伝達率を、シェル側およびチューブ側の両方において高めたシェルアンドチューブ式縦流熱交換器を提供することである。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、熱交換器用、特にはチューブアンドシェル式熱交換器用の、熱交換器の性能の改善を可能にするフィン付きチューブを提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、らせん状のフィン（α＜９０°）を備えるチューブの製造を、たとえそれらのチューブが高い機械的強度を有する材料で製作される場合でも可能にするフィン付きチューブの製造方法を提供することである。
【００２０】
本発明の主題のもう１つの目的は、信頼性が高く、かつ競争力のあるコストで製造することが容易であるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器、および熱交換器用フィン付きチューブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目標ならびに以下でさらに明らかになるこれらの目的および他の目的は、格納ケーシングを備えており、格納ケーシング内を第１の流体がケーシングの長手軸に実質的に平行に流れることができ、格納ケーシングは、その内部に、互いに実質的に平行かつケーシングの長手軸に対して平行なチューブの束と、チューブを支持する、ケーシングの長手軸を実質的に横断する複数の格子状バッフルとを収容し、チューブの束は、第２の流体が内部を流れるように構成されている、シェルアンドチューブ式縦流熱交換器によって達成され、本発明による熱交換器は、チューブの外面の少なくとも一部分に複数の低いフィンが設けられ、低いフィンは、第１の前進角度αでチューブの外面にらせん状に配置され、第２の前進角度β（ここで、α≠β）を有するらせん状の溝によって中断された外形を有することを特徴とする。
【００２２】
実際、このように考え出されたシェルアンドチューブ式縦流熱交換器は、上述の欠点および問題を解決することを可能にする一連の特徴および特性を有することが注目される。
【００２３】
特に、らせん状のフィンの存在が、シェル側の熱伝達率の大幅な向上を可能にすることが分かっており、それにより熱交換器の性能を改善する。
【００２４】
後述のように生成されるらせん状の溝ゆえに、フィンの外形に切れ目または中断が存在することで、当初のフィンと比べて熱伝達面積をさらに増加させる３次元の表面の生成が可能になる。得られる最終的な表面は、当初の平滑なチューブと比べて、３．０〜４．０倍も大きく、４．５倍に達することさえ可能である。
【００２５】
さらに、以下でよりよく説明されるように、やはり本発明の主題を形成する、フィン付きチューブの特定の製造方法ゆえに、本発明の熱交換器において、上述した理由で重大である高い機械的強度を有する材料、例えば銅−ニッケル鋼、ステンレス鋼、二相鋼、またはチタニウム鋼などの合金鋼で製作されたフィン付きチューブを使用することが可能になる。
【００２６】
実際、これまでのところ、低いらせん状のフィンが外面に配置されたチューブ、特には高い機械的強度の材料で作られたチューブを備える既知のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器は、存在していない。
【００２７】
本発明の目的において、用語「低いフィン」は、高さＨが約２ｍｍ未満であり、好ましくは０．５と１．５ｍｍの間であるフィンとして意図される。
【００２８】
フィンの前進角度αは、一般に８０°未満であり、好ましくは１５°≦α≦６０°であり、より好ましくは２０°≦α≦４５°であり、この後者は、実験的に検証できるとおり、フィンの高さと密度との間の最適な妥協を得るための最良の範囲である。
【００２９】
以下でよりよく説明されるように、フィンの外形における中断は、異なる前進角度で実行される続けざまの２つのフィン形成作業をチューブに施すことによって得ることができる。
【００３０】
チューブに、第１のフィン形成／溝形成ツールによって、材料の硬化を抑えるために好ましくは０．５ｍｍ以下の浅い深さの前進角度βを有するフィンを生成する第１の溝加工作業が施される。このようにして溝が形成されたチューブに対して、第２の主たるフィン形成作業が施され、前進角度αを有する実際のフィンが生成される。
【００３１】
このようにして、主たるフィンが、すでに隆起部および溝を有する表面に生成される。この方法は、第１のフィン形成／溝形成ツールおよび主たるフィン形成ツールについて、主たるツールの機械加工の結果が、出来上がるフィンの高さを、通常の丸い平滑な表面から出発して得られる高さに対して増加させることであるような前進角度およびピッチを使用する。
【００３２】
特には、主たるフィン加工作業が、チューブの長手軸に対して角度α２だけ傾斜した平面に従って行われる一方で、フィン／溝加工作業は、チューブの長手軸に対して角度α１だけ傾斜した平面に従って行われる。２つの機械加工の平面の間の相対角度（レーキ角）は、フィンの高さについて得られる最大の増加と、チューブの長手軸に従って測定される単位長さあたりに得られる中断の最大数との間の妥協に基づいて選択される。
【００３３】
したがって、レーキ角は、０°（高さの増加が最大であり、中断はない）と９０°（高さの増加は最小であり、中断の効果が最大）の間である。好ましくは、レーキ角は、必要に応じて３０°と６０°の間である。このようにして、単一の機械加工作業に対して最終的なフィンの高さの増加および所望の中断の両方が、同時に得られる。
【００３４】
２つの溝／フィン加工作業がほぼ同時に行われることにより、コストの増加につながる上述のとおりの２つの連続する加工作業の間の焼きなましをチューブに施すことなく、さもなければ合金鋼（ステンレス以上）においてフィンの高さを高くするという結果を得ることをきわめて困難にするであろう硬化の影響を、最小限にすることができる。
【００３５】
本発明によるシェルアンドチューブ式熱交換器において、第１の前進角度αと第２の前進角度βとの間の相対角度は、好ましくは０°と９０°の間であり、より好ましくは３０°と６０°の間である。
【００３６】
このようにして得ることができる中断されたフィンは、チューブの全表面にわたって延びることができ、あるいは任意の長さの一部分について延び、残りの部分を平滑なままに残すことができる。この特徴は、Ｕ字形の曲がりを有するチューブを使用する場合に、湾曲部を弱くせず、特定の用途においてその機械的強度を維持するために有用である。
【００３７】
ＥＭｂａｆｆｌｅ（登録商標）形式のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器の場合、この特徴は、平滑な部分がバッフルの安定な配置を容易にするがゆえにきわめて有用であり、この理由で、本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器は、フィン付き部分が平滑な部分によって交互にされたチューブを好都合に備えることができる。
【００３８】
チューブ側においても熱伝達率を改善するために、本発明によるシェルアンドチューブ式熱交換器は、内面に溝を生成することによって得られる内部フィンを備えることができるチューブを、好都合に備えることができる。
【００３９】
本発明のさらなる態様において、本発明は、第１の作業アセンブリと少なくとも１つの支持アセンブリとを備える機械を使用してフィン付きチューブを製造する方法に関する。第１の作業アセンブリは、第１の回転するフィン形成／溝形成ツールと、第２の回転するフィン形成ツールとを、同じ駆動軸上に順に取り付けて備えている。第１の回転するフィン形成／溝形成ツールが、第１の前進角度α１を有する第１のらせん状の作業外形を備える一方で、第２の回転するフィン形成ツールは、第２の前進角度α２（ここで、α２≠α１）を有する第２のらせん状の作業外形を備える。
【００４０】
本発明による方法は、支持アセンブリによって定められる平面上でチューブを前進させることと、第１の回転するツールによってチューブ上に第１の（一時的な）フィン／溝を形成することと、第２の回転するツールによってチューブ上に第２の（主たる）フィンを形成することとを含み、第２のフィンの形成は第１のフィンの形成の直後であり、さらに第１のフィンの高さは通常は第２のフィンの高さよりも小さい。
【００４１】
第１の回転するフィン形成／溝形成ツールの駆動軸および第２の回転するフィン形成ツールの駆動軸がチューブの長手軸に平行であるより一般的な場合において、第１の前進角度α１は第１の（一時的な）フィン／溝の第２の前進角度βと同じ値を有し、第２の前進角度α２は、第２の（主たる）フィンの第１の前進角度αと同じ値を有する。
【００４２】
すでに説明したように、第１の前進角度α１と第２の前進角度α２との間の相対角度（レーキ角）は、好都合には０°と９０°の間、好ましくは３０°と６０°の間であり、さらに、第１の回転するフィン形成／溝形成ツールおよび第２の回転するフィン形成ツールは、好都合には、第１のフィンの高さｈが好ましくは０．５ｍｍ以下であり、第２のフィンの高さＨが好ましくは２ｍｍ以下であるように、形作られる。
【００４３】
本明細書に記載の方法を使用して得られる熱交換器用、特にシェルアンドチューブ式熱交換器用のフィン付きチューブも、本発明の主題を形成する。特に、本発明のフィン付きチューブは、外面の少なくとも一部分に複数の低いフィンを備え、これらは、第１の前進角度αでチューブの外面にらせん状に配置され、第２の前進角度β（ここで、α≠β）を有するらせん状の溝によって中断された外形を有しており、前進角度αは、好ましくは８０°未満、より好ましくは１５°≦α≦６０°であり、第１の前進角度αと第２の前進角度βとの間の相対角度は、好ましくは０°と９０°の間、より好ましくは３０°と６０°の間であり、低いフィンは、好ましくは２ｍｍ以下、より好ましくは０．５と１．５ｍｍの間の高さＨを有する。
【００４４】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面に非限定的な例として示される、本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器の、好ましいが排他的ではない、実施形態の説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】シェルアンドチューブ式縦流熱交換器の斜視図を示している。
【図２】シェルアンドチューブ式縦流熱交換器の概略図を示している。
【図３】シェルアンドチューブ式蛇行流熱交換器の概略図を示している。
【図４】シェルアンドチューブ式らせん流熱交換器の概略図を示している。
【図５】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器において使用することができるフィン付きチューブの一部分を示している。
【図６ａ】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器において使用することができるフィン付きチューブのフィンのらせんの傾向を概略的に示している。
【図６ｂ】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器において使用することができるフィン付きチューブのフィンの外形を中断する溝のらせんの傾向を概略的に示している。
【図７ａ】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器において使用することができるフィン付きチューブのフィンの外形の断面を示している。
【図７ｂ】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器において使用することができるフィン付きチューブのフィンの別の外形の断面を示している。
【図７ｃ】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器において使用することができるフィン付きチューブのフィンの別の外形の断面を示している。
【図８】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器において使用することができる、平滑部分によって交互にされたフィン付き部分を有するフィン付きチューブの一部分を示している。
【図９】本発明によるフィン付きチューブの製造方法を実施するための機械の第１の実施形態の概略の側面図である。
【図１０】図９の機械の概略の正面図である。
【図１１ａ】本発明によるフィン付きチューブの製造方法によるチューブ上の第１のフィン／溝の形成を概略的に示している。
【図１１ｂ】本発明によるフィン付きチューブの製造方法によるチューブ上の第２の（主）フィンの形成を概略的に示している。
【図１２】本発明によるフィン付きチューブの製造方法を実施するための機械の第２の実施形態の概略の側面図である。
【図１３】図１２の機械の概略の正面図である。
【図１４】本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器の概略図を示している。
【図１５】図１４のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器の詳細を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
添付の図面を参照すると、ＥＭＢａｆｆｌｅ（登録商標）形式のシェルアンドチューブ式縦流熱交換器が、より一般的な実施形態において、その中を第１の流体がこのケーシング１０１の長手軸に実質的に平行に流れることができる格納ケーシング１０１を備えている。
【００４７】
格納ケーシング１０１の内部に、互いに実質的に平行かつケーシング１０１の長手軸に平行であるチューブ２の束が配置され、ケーシング１０１は、このケーシング１０１の長手軸を横切る複数の格子状のバッフル１０２を収容しており、これらのバッフル１０２が、チューブ２を支持している。
【００４８】
図１４を特に参照すると、第２の流体が、シェル１０１の内部の第１の流体の流れの方向（矢印１１０を参照）に対しておおむね逆流（矢印２１０を参照）にてチューブ２の内部を流れる。
【００４９】
図７を参照すると、本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器１の特有の特性の１つは、第１の前進角度αに従ってチューブ２の外面にらせん状に配置された複数の低いフィン２１が、チューブ２の外面の少なくとも一部分に設けられることによってもたらされる。この前進角度αは、一般に８０°未満であり、好ましくは１５°と６０°の間であり、より好ましくは２０°と４５°の間である。
【００５０】
本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器１のさらなる特有の特性は、低いフィン２１が、第２の前進角度β（ここで、α≠β）を有するらせん状の溝２２によって中断された外形を有することによってもたらされる。
【００５１】
チューブ２の特性をより明確に示すために、図６ａおよび図６ｂに、フィンおよび溝が別々に概略的に示されている。また、図１１ａを参照すると、チューブ２の第１の機械加工段階が、図６ｂに示されるとおり、らせん状のフィン２２と対応するらせん状の溝とを前進角度βで有する波形の外形を生じさせるように、チューブのベースを（量ｈだけ）下降させ、および（同じ量ｈだけ）上昇させることを可能にする。ベースの外形に対する高さｈは、好ましくは０．５ｍｍ未満である。
【００５２】
ここで図１１ｂを参照すると、チューブ２の第２の機械加工段階が、前進角度α（図６ａを参照）のらせん状の機械加工作業に従って図１１ａのチューブ２の波形の外形を（量Ｈだけ）下降させ、および（同じ量Ｈだけ）上昇させることにより、最終的なフィン２１を得ることを可能にする。
【００５３】
こうして、高さおよび中断の数に関して、フィン２１の最終的な構造は、２つの変形の合成に依存し、特に量ｈおよびＨならびに角度αおよびβに依存する。αとβとの間の相対角度が０°に近い場合、フィン２１の高さの最大の増加が得られる一方で、９０°に近い場合には、溝２２によるフィン２１の外形における中断の数が最大になる。
【００５４】
フィン２１の「形状」に関して、これを必要に応じて選択することができる。図７ａ〜７ｃが、フィン２１についていくつかのあり得る断面を示しているが、決してこれらの実施形態に限られるわけではない。
【００５５】
図８を参照すると、本発明によるシェルアンドチューブ式縦流熱交換器１の好ましい実施形態において、チューブ２は、平滑部分２００によって交互にされたフィン付き部分２０を備える。このようにして、さらに図１５を参照すると、バッフル１０２の安定した位置決めが容易になる。
【００５６】
図９および図１０を参照して、次に、外面の少なくとも一部分に複数の低いフィン２１が設けられたフィン付きチューブ２の製造方法の第１の実施形態を説明する。これらのフィン２１は、第１の前進角度αで外面にらせん状に配置され、第２の前進角度βを有するらせん状の溝２２によって中断された外形を有する。
【００５７】
本発明による方法は、作業アセンブリ３０と少なくとも１つの支持アセンブリ４０とを備える機械３を使用して実行される。第１の作業アセンブリ３０は、第１の回転するフィン形成／溝形成ツール３２と、第２の回転するフィン形成ツール３１とを、同じ駆動軸３３上に順に取り付けて備えている。支持アセンブリ４０は、機械加工の最中にチューブ２を所定の位置に維持し、作業アセンブリ３０のスラスト荷重を支持する目的を有する平滑な表面の２つの円柱形ガイド３４および３６を備えている。
【００５８】
第１の回転するフィン形成／溝形成ツール３２は、チューブ２の外面に生成されるらせん状の溝２２に対称で、第１の前進角度α１を有する、第１のらせん状の作業外形を備えている。
【００５９】
第２の回転するフィン形成ツール３１は、チューブ２の外面に生成される低いフィン２１に対称で、第２の前進角度α２（ここで、α２≠α１）を有する、第２のらせん状の作業外形を備えている。
【００６０】
本発明による方法は、支持アセンブリ４０によって定められる平面上でチューブ２を前進させ、第１の回転するツール３２によってチューブ２上に第１のフィン／溝２２を形成することを含む。好都合には、フィン／溝２２は、材料の硬化を制限するために、好ましくは０．５ｍｍ以下の深さを有する。
【００６１】
第１のフィン／溝２２の形成の直後に、第２のフィン２１（主フィン）が、第２の回転するフィン形成ツール３１によってチューブ２上に形成される。第２の主フィン２１の高さは、たとえ通常は２ｍｍ未満であっても、第１のフィン２２の高さよりも大きい。
【００６２】
上述したように、第１の前進角度α１と第２の前進角度α２との間の相対的な角度に応じて、主フィン２１の高さをより大きく、またはより小さくすることが可能であり、溝２２によるその中断の数をより多く、またはより少なくすることが可能である。
【００６３】
図１２および図１３を参照すると、本発明によるフィン付きチューブ２の製造方法の第２の実施形態においては、複数の低いフィンが、その外面および内面の両方に形成される。
【００６４】
この場合、本発明による方法は、すでに述べた第１の作業アセンブリ３０および支持アセンブリ４０と同様の、第１の作業アセンブリ５０および支持アセンブリ７０を備える機械５を使用して実行される。チューブ２の外側部分に関しては、すでに述べたのと同じやり方で機械加工が行われる。
【００６５】
さらに、機械５は、チューブ２の内部フィンを製造するように適応された第２の作業アセンブリを備える。内部フィンは、チューブ２の内面において得ようとするのと対称な外形を有するフィン形成ツール６１によって得られる。ツール６１は、チューブへと挿入され、支持アセンブリ７０の平滑な表面の円柱形ガイド７１および７２に載せられたチューブ２に第１の回転するツール３２および第２の回転するツール３１が作用する圧力によって「作動」する。これにより、チューブ２の内径の減少が生じ、したがって内部ツール６１によってフィンが形成される。
【００６６】
内部フィンは、外部または内部ツールが動きにくくならないように、外部フィン２１とは反対の巻き付き角度を有する。内部における前進角度、フィンの高さ、およびフィンの密度は、技術水準において知られている範囲で得ることができる。
【００６７】
要約すると、上述の方法は、低合金鋼または高合金鋼で作られたチューブの外側（あるいは、外側および内側）の冷間成形のための２つの外形付けられたツールを使用する。この構成は、高い生産性を可能にし、ツールの損傷／破損のさもなければ頻繁な恐れを防ぎ、使用される機械装置の複雑さを最小限に抑える。また、技術水準から知られている多数の他の方法にとって重大な、銅−ニッケル鋼、ステンレス鋼、二相鋼、チタニウム鋼などの合金鋼の機械加工にも適する。
【００６８】
上記の説明に基づき、本発明による、フィン付きチューブの製造方法、そのようにして得られたフィン付きチューブ、および熱交換器、特にはシェルアンドチューブ式縦流熱交換器が、意図される目標および目的をどのように達成するのかを、理解できたであろう。
【００６９】
提供した説明に基づいて、他の特徴、変更、または改良が、当業者にとって可能かつ明らかである。したがって、それらの特徴、変更、および改良は、本発明の一部とみなされるべきである。実際に、使用される材料、寸法、および付随の形状は、要件および技術水準に従って任意であってよい。
【図１】
2019502084.tif 000003
【図２】
2019502084.tif 000004
【図３】
2019502084.tif 000005
【図４】
2019502084.tif 000006
【図５】
2019502084.tif 000007
【図６ａ】
2019502084.tif 000008
【図６ｂ】
2019502084.tif 000009
【図７ａ】
2019502084.tif 000010
【図７ｂ】
2019502084.tif 000011
【図７ｃ】
2019502084.tif 000012
【図８】
2019502084.tif 000013
【図９】
2019502084.tif 000014
【図１０】
2019502084.tif 000015
【図１１ａ】
2019502084.tif 000016
【図１１ｂ】
2019502084.tif 000017
【図１２】
2019502084.tif 000018
【図１３】
2019502084.tif 000019
【図１４】
2019502084.tif 000020
【図１５】
2019502084.tif 000021
【国際調査報告】
2019502084.tif 000022
2019502084.tif 000023